โนบิตะอยากดำน้ำชมปะการัง โดราเอมอนจึงใช้ “ปั๊มจำลองน้ำทะเล” ทำให้เมืองทั้งเมืองจมอยู่ใต้น้ำเสมือนจริง แต่ในระหว่างที่กำลังสนุกอยู่นั้น พวกเขาก็ได้พบกับ “โซเฟีย” เจ้าหญิงแห่งเผ่าเงือกที่หลุดเข้ามาในเมือง โดราเอมอนและเพื่อนๆ จึงตัดสินใจร่วมเดินทางไปใต้สมุทรเพื่อช่วยโซเฟียกอบกู้อาณาจักรเงือกจากกองทัพเผ่าปลาปีศาจ “คัสสึอิ” ที่ต้องการแย่งชิง “ดาบแห่งเงือก” ในตำนานเพื่อใช้พลังของมันทำลายล้างทุกสิ่ง